Il Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) ha scoperto una gigantesca struttura a bolle di raggi gamma ad altissima energia nella regione di formazione stellare del Cigno, che è la prima volta che l'origine di raggi cosmici con energia superiore a 10 Peta- Scoperto l'elettronvolt (PeV). Questo risultato è stato pubblicato sotto forma di articolo di copertina su Science Bulletin il 26 febbraio.
La ricerca è stata completata dalla Collaborazione LHAASO guidata dal Prof. Cao Zhen in qualità di portavoce dell'Istituto di Fisica delle Alte Energie dell'Accademia Cinese delle Scienze. Il Dr. Gao Chuandong, il Dr. Li Cong, il Prof. liu Ruoyu e il Prof. Yang Ruizhi sono gli autori corrispondenti dell'articolo.
I raggi cosmici sono particelle cariche provenienti dallo spazio, composte principalmente da protoni. L’origine dei raggi cosmici è una delle questioni di frontiera più importanti dell’astrofisica moderna. Le misurazioni dei raggi cosmici negli ultimi decenni hanno rivelato una rottura di circa 1 PeV nello spettro energetico (cioè la distribuzione dell'abbondanza dei raggi cosmici in funzione dell'energia delle particelle), che è chiamata il "ginocchio" dello spettro energetico dei raggi cosmici a causa alla sua forma che ricorda un'articolazione del ginocchio.
Gli scienziati ritengono che i raggi cosmici con energia inferiore al "ginocchio" provengano da oggetti astrofisici all'interno della Via Lattea, e l'esistenza del "ginocchio" indica anche che il limite energetico per l'accelerazione dei protoni dalla maggior parte delle sorgenti di raggi cosmici nella Via Lattea è intorno a pochi PeV. Tuttavia, l'origine dei raggi cosmici nella regione del "ginocchio" è ancora un mistero irrisolto e uno degli argomenti più intriganti nella ricerca sui raggi cosmici degli ultimi anni.
LHAASO ha scoperto una gigantesca struttura a bolle di raggi gamma ad altissima energia nella regione di formazione stellare del Cigno, con più fotoni superiori a 1 PeV all'interno della struttura, con l'energia più alta che raggiunge 2,5 PeV, indicando la presenza di un super acceleratore di raggi cosmici all'interno della bolla, che accelera continuamente le particelle di raggi cosmici ad alta energia con energie fino a 20 PeV e le inietta nello spazio interstellare.
Questi raggi cosmici ad alta energia si scontrano con il gas interstellare e producono raggi gamma. L’intensità di questi fotoni di raggi gamma è chiaramente correlata alla distribuzione del gas circostante, e il massiccio ammasso stellare (l’associazione OB, Cygnus OB2) vicino al centro della bolla è il candidato più promettente per il super acceleratore di raggi cosmici. Cygnus OB2 è composto da molte stelle giovani, calde e massicce con temperature superficiali superiori a circa 35.000 °C (stelle di tipo O) e 15.000 °C (stelle di tipo B).
La luminosità della radiazione di queste stelle è da centinaia a milioni di volte quella del Sole, e l'enorme pressione della radiazione spazza via il materiale superficiale delle stelle, formando venti stellari dinamici con velocità fino a migliaia di chilometri al secondo. La collisione dei venti stellari con il mezzo interstellare circostante e la violenta collisione tra i venti stellari hanno creato siti ideali per un'efficiente accelerazione delle particelle.
Questo è il primo super acceleratore di raggi cosmici identificato finora. Con l'aumento del tempo di osservazione, si prevede che LHAASO rileverà più acceleratori di raggi super cosmici e, si spera, risolverà il mistero dell'origine dei raggi cosmici nella Via Lattea.
L'osservazione di LHAASO ha anche indicato che il super acceleratore di raggi cosmici all'interno della bolla aumenta significativamente la densità dei raggi cosmici nello spazio interstellare circostante, superando di gran lunga il livello medio dei raggi cosmici nella Via Lattea. L'estensione spaziale dell'eccesso di densità supera addirittura l'intervallo osservato di bolle, fornendo una possibile spiegazione per l'eccesso di emissione diffusa di raggi gamma dal Piano Galattico precedentemente rilevato da LHAASO.
La prof.ssa Elena Amato, astrofisica dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), ha evidenziato l'impatto della scoperta sull'origine dei raggi cosmici in generale. Ha anche commentato che la scoperta "non ha solo un impatto sulla nostra comprensione dell'emissione diffusa, ma ha anche conseguenze molto rilevanti sulla nostra descrizione del trasporto dei raggi cosmici (CR) nella galassia."
LHAASO è un'infrastruttura scientifica e tecnologica chiave incentrata sulla ricerca sui raggi cosmici, situata a un'altitudine di 4410 metri sul Monte Haizi nella contea di Daocheng, nella provincia del Sichuan, in Cina. Si tratta di una rete composita composta da una rete terrestre di un chilometro quadrato di 5.216 rilevatori di particelle elettromagnetiche e 1.188 rilevatori di muoni, una rete di rilevatori Cherenkov di acqua di 78.000 metri quadrati e 18 telescopi Cherenkov grandangolari.
LHAASO è stato completato nel luglio 2021 e successivamente ha iniziato un funzionamento stabile e di alta qualità. È il dispositivo di rilevamento di raggi gamma ad altissima energia più sensibile al mondo. La struttura è gestita dall'Istituto di fisica delle alte energie e adotta un modello di cooperazione internazionale universale per ottenere la condivisione aperta delle piattaforme della struttura e dei dati di osservazione. Attualmente, 32 istituti di ricerca astrofisica nazionali ed esteri sono diventati membri della collaborazione internazionale di LHAASO, con circa 280 membri.
Ulteriori informazioni: Collaborazione LHAASO, Una bolla di raggi gamma ad altissima energia alimentata da un super PeVatron, Science Bulletin (2023). DOI:10.1016/j.scib.2023.12.040
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
